高中生物配套课件：4.2生物膜的流动镶嵌模型（人教版必修1）

(共63张PPT)
1. 水能和酒精互溶，却不和脂质相溶，这体现了什么原理？这一原理在生物膜结构的探索历程中有没有体现？
提示：这是物质相似相溶的原理。欧文顿通过实验发现可以溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞，于是他得出“膜是由脂质组成”的结论。
2.尝试举例说明罗伯特森的蛋白质—脂质—蛋白质的静态统一结构有什么不足之处？
提示：罗伯特森静态统一结构的观点无法解释变形虫的运动、细胞的生长等体现生物膜具有流动性特点的实例。
结构和功能相适应观点
在生物膜的结构的探索历程中体现了结构与功能相适应的生物学观点，如罗伯特森提出的静态统一结构无法解释变形虫的运动等现象，因而遭到否定。
典例 欲获得纯净的细胞膜，以研究其结构与功能，请你帮助设计一个简易的实验，并回答有关问题。
(1)选取人体的_____作为获取纯净细胞膜的来源。
A.成熟红细胞 B.神经细胞 C.白细胞 D.口腔上皮细胞
(2)将选取的上述材料放入_____中，由于____作用，一段时间后细胞将破裂。
(3)再用______法获得纯净的细胞膜，上清液中含量最多的有机物是________。
(4)1985年，科学案在研究各种未受精卵细胞的通透性时，发现脂溶性物质容易通过细胞膜，不溶于脂质的物质通过细胞膜十分困难。这表明组成细胞膜的主要成分中有______。
(5)1925年，科学家用丙酮提取细胞膜的磷脂，并将它在空气—水界面上展开时，这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的2倍，由此可以认为细胞膜由_____组成。如果单层磷脂分子的面积为S，则该细胞表面积为_________。
将红细胞放在清水中吸水涨破后，流出的物质和细胞膜混在一起，经过离心后上清液主要是红细胞内的血红蛋白。
【规范解答】(1)制备细胞膜需要使用哺乳动物成熟的红细胞；(2)红细胞放在清水中会吸水膨胀，流出细胞内的物质以得到细胞膜；(3)欲获取纯净的细胞膜还需要差速离心，离心后沉淀在底层的即为纯净的细胞膜，上清液为红细胞内的血红蛋白；(4)科学家通过实验发现脂溶性的物质比非脂溶性的物质较易通过细胞膜，所以根据相似相溶的原理，细胞膜中含有脂质；(5)将脂质在空气—水界面上展开时，这个单层分子的面积相当于原来细胞表面积的2倍，所以脂质分子是双层的，故如果铺在空气—水界面上的单层分子的面积为S，则细胞的表面积是S/2。
答案： (1)A (2)清水(或蒸馏水) 渗透 (3)差速离心
血红蛋白 (4)脂质物质 (5)两层 S/2
哺乳动物成熟的红细胞无核膜和细胞器膜。而鸟类(如鸡)、两栖类(如蛙)等生物的红细胞成熟后，仍保留核膜和各种细胞器膜。
【拓展延伸】(1)题中能够选择鸡的成熟的红细胞来制备细胞膜吗？为什么？
提示：一般不选择，因为鸡的红细胞中含有细胞器膜和核膜，获得的细胞膜不纯净。
(2)如果选用鸡的红细胞，那么提取生物膜的磷脂，并将它在空气—水界面上展开时，这个单层分子的面积仍相当于原来细胞表面积的两倍吗？
提示：不是，因为鸡的红细胞除细胞膜外还有核膜、细胞器膜等膜结构，所以将其中的磷脂在空气—水界面上展开时，这个单层分子的面积应该大于原来细胞表面积的两倍。
1.荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验是在37℃条件下进行的。融合后经40 min，两种颜色均匀分布。如果这个实验是在20℃条件下进行，请预测融合后两种颜色分布均匀所需时间的长短，并说明你的预测理由。
提示：若在20℃条件下进行，两种颜色均匀分布所用的时间应长于40 min，因为低温下分子的运动速度会减慢。
2.尝试从生物膜的成分角度思考生物膜具有一定流动性的原因并举例说明，这样的结构特点决定了生物膜在功能上具有什么特点？
提示：通过科学家用荧光标记小鼠细胞和人细胞融合的实验可知，组成生物膜的脂质分子和蛋白质分子都能够运动，所以生物膜具有一定的流动性，如变形虫捕食和运动时伪足的形成、白细胞吞噬细菌、分泌蛋白的分泌、质壁分离及其复原实验都能够说明生物膜具有一定的流动性；这样的结构特点决定了生物膜具有选择透过性的功能特点。
生物膜的结构特点和功能特点
(1)结构特点——具有一定的流动性
①结构基础：磷脂分子和蛋白质分子都能够运动。
②生理意义：完成物质运输、细胞识别、细胞融合等功能。
(2)功能特点——具有选择透过性
①结构基础：膜上的载体蛋白。
②生理意义：选择性地控制物质进出。
判断细胞内外侧的方法
由于糖蛋白是细胞间相互识别的结构基础，据此可推断，具有糖蛋白的一侧为细胞外侧，另一侧为细胞内侧。
典例 如图表示细胞某一部分的亚显微结构，据图回答问题：
(1)这个简图表示的________亚显微结构。
(2)图中的化学成分：①_____；②_____；③________。
(3)这种结构的主要特点是_______，其生理特性是_______。
(4)可见生物膜中的［②］成分在［①］上的排布方式是___。
(5)若将细胞膜的磷脂提取后放入盛水的容器中，磷脂分子稳定的分布方式为图中的( )
(6)若该图表示细胞膜，据图分析，哪一侧是细胞膜的外侧：______________。依据是______________________。
该图是电子显微镜下观察到的生物膜的亚显微结构模式图，通常可以根据图中膜上糖蛋白存在的位置来判断细胞的内外侧，图中a侧为细胞膜的外侧。
【规范解答】(1)此图是生物膜的亚显微结构，即流动镶嵌模型。
(2)图中①是磷脂双分子层，②是蛋白质，③是糖链。
(3)生物膜的结构特点是具有一定的流动性，主要是由于脂质分子和大多数蛋白质分子是可以运动的。其生理特性是具有选择透过性。
(4)图中有的蛋白质部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的蛋白质镶在磷脂双分子层表面，体现流动镶嵌模型中的“镶嵌”二字。
(5)磷脂分子“头部”亲水，“尾部”疏水，因此在水—空气界面上，磷脂分子的“头部”向下与水接触，“尾部”向上与空气接触。
(6)糖蛋白只存在于细胞膜的外侧，故图中a侧为细胞膜的外侧。
答案：(1)生物膜 (2)磷脂双分子层 蛋白质 糖链
(3)具有一定的流动性 具有选择透过性
(4)镶嵌 (5)A (6)a侧 糖蛋白存在于细胞膜外侧
③是糖链而非糖蛋白，②和③合在一起才是糖蛋白。
【变式备选】如图所示为生物膜的亚显微结构模式图，下列有关叙述错误的是 ( )
A.①为糖链和膜蛋白结合成的糖蛋白，
其中的糖链也可以和脂质结合成糖脂
B.②和③大都是运动的
C.③构成细胞膜的基本支架，与物质
进出无关
D.该模式图为细胞膜的亚显微结构模
式图
【解析】选C。图示中有①(糖蛋白)的存在，所以该模式图是细胞膜的亚显微结构模式图，D正确；糖链还可以和脂质结合形成糖脂，A正确；②和③分别是蛋白质和磷脂双分子层，二者都可以运动，导致生物膜具有一定的流动性，B正确；大多数物质的进出与膜上的蛋白质有关，但是③是由磷脂构成的磷脂双分子层，是生物膜的基本支架，一些脂溶性物质容易进入细胞与磷脂分子是密切相关的。
1.下列关于生物膜结构探索历程的说法，不正确的是 ( )
A.最初通过对现象的推理分析得出细胞膜是由脂质组成的
B.三层结构模型认为生物膜为静态的结构
C.流动镶嵌模型认为构成生物膜的磷脂分子和大多数的蛋白质分子可以运动
D.三层结构模型和流动镶嵌模型都认为蛋白质分子在膜中的分布是不均匀的
【解析】选D。科学家最初通过脂溶性物质更易通过细胞膜这一现象推理出细胞膜是由脂质组成的；三层结构模型认为生物膜结构是：蛋白质—脂质—蛋白质，其认为蛋白质的分布是均匀的、固定的，是一种静态的结构；而流动镶嵌模型认为蛋白质的分布是不均匀的，磷脂分子和大多数的蛋白质分子可以运动导致生物膜具有一定的流动性。
2.细胞膜的外表，有一层由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成的糖蛋白，叫糖被。下面有关糖被在细胞生命活动中的作用的叙述，不正确的是 ( )
A.保护、润滑作用 B.识别抗原
C.信息交流 D.选择透过性
【解析】选D。糖蛋白分布于细胞膜的表面，起保护和润滑作用，同时糖蛋白具有识别作用，参与细胞间信息交流；生物膜具有选择透过性的功能特点主要是由细胞膜上的载体蛋白决定的，与糖蛋白没有直接的关系。
3.如图是细胞膜的亚显微结构模式图，有关说法错误的是
( )
A.③构成细胞膜的基本支架
B.细胞膜的结构特点是选择透过性
C.细胞识别与物质①有关
D.②在磷脂双分子层上的排布有镶在、嵌入和贯穿
【解析】选B。①是糖蛋白，与细胞识别有关，C正确；②是蛋白质，其分布方式有镶在、嵌入和贯穿，D正确；③是磷脂双分子层，是细胞膜的基本支架，A正确；细胞膜的结构特点是具有一定的流动性，功能特点是选择透过性，B错。
4.研究发现，脂溶性物质能够优先通过细胞膜，细胞膜会被溶解脂质的溶剂溶解。它证明了( )
A.构成细胞膜的物质是脂质和蛋白质
B.细胞膜具有流动性
C.磷脂双分子层是细胞膜的基本支架
D.组成细胞膜的物质中有脂质
【解析】选D。本题通过信息考查细胞膜的组成成分。 尽管A、B、C项叙述本身正确，但由题目信息只能确定组成细胞膜的物质中有脂质。
5.(2011·临沂高一检测)将一个细胞中的磷脂成分全部抽提出来，并将它在空气—水界面上铺成单分子层，结果发现这个单分子层的表面积相当于原来细胞膜表面积的2倍。这个细胞很可能是 ( )
A.人的白细胞 B.鸡的红细胞
C.蛔虫的体细胞 D.猪的成熟红细胞
【解析】选D。生物膜的结构是以磷脂双分子层作为基本支架。实验现象表明该细胞中只有细胞膜，没有其他膜结构。A、B、C三选项都是真核细胞，除了有细胞膜外，还有核膜、细胞器膜等。只有哺乳动物成熟的红细胞无细胞核和细胞器膜，D正确。
6.(2011·兰州高一检测)下列关于生物膜结构和功能的叙述正确的是( )
A.细胞核、线粒体、叶绿体都具有双层膜，所以它们的通透性是相同的
B.因为生物膜具有流动性，所以组成膜的各种化学成分在膜中是均匀分布的
C.所有生物膜的结构由外到内依次由糖被、蛋白质、磷脂双分子层组成
D.模拟生物膜可以处理污水、淡化海水
【解析】选D。细胞核、线粒体、叶绿体均是双层膜结构，但通透性不同，A错；生物膜的各种化学成分在膜中的分布是不均匀的，B错；生物膜主要由磷脂和蛋白质组成，且只有细胞膜有糖被，C错；生物膜具有选择透过性，可模拟生物膜这一特点处理污水、淡化海水，D正确。
一、选择题(本题包括6小题，每小题4分，共24分)
1.在人类对生物膜结构的探索历程中，罗伯特森提出的三层结构模型与流动镶嵌模型的相同点是 ( )
A.两种模型都认为磷脂双分子层是构成膜的基本支架
B.两种模型都认为蛋白质分子均匀排列在脂质分子的两侧
C.两种模型都认为组成生物膜的主要物质是蛋白质和脂质
D.两种模型都认为构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动
【解析】选C。本题考查生物膜结构的探索历程。流动镶嵌模型认为：组成生物膜的主要物质是蛋白质和脂质；磷脂双分子层是构成膜的基本支架；蛋白质分子不均匀分布；构成生物膜的磷脂分子和大多数蛋白质分子可以运动。其中只有组成生物膜的主要物质是蛋白质和脂质这一观点与三层结构模型一致。
2.磷脂是组成细胞膜的重要成分，这与磷脂分子的头部亲水、尾部疏水的性质有关。某研究小组发现植物种子细胞以小油滴的方式存油，每个小油滴都由磷脂膜包被着，该膜最可能的结构是( )
A.由单层磷脂分子构成，磷脂的尾部向着油滴内
B.由单层磷脂分子构成，磷脂的头部向着油滴内
C.由两层磷脂分子构成，结构与细胞膜完全相同
D.由两层磷脂分子构成，两层磷脂的头部相对
【解析】选A。磷脂分子的头部具有亲水性、尾部具有疏水性，所以会形成尾部向着油滴内包围着油滴的单层磷脂分子。
3.(2011·南宁高一检测)将酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物用磷脂制成的微球体包裹后，更容易运输到患病部位的细胞中，这是因为 ( )
A.生物膜具有选择透过性，能够允许对细胞有益的物质进入
B.磷脂双分子层是生物膜的基本支架，且具有一定的流动性
C.微球体能将生物大分子药物水解成小分子药物
D.生物膜具有半透性，优先让生物大分子物质通过
【解析】选B。利用膜的流动性的特点，将磷脂包裹的酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物制成的微球体与细胞膜融合，使药物进入患病部位的细胞中。
4.关于细胞膜流动性的叙述，正确的是 ( )
A.因为磷脂分子有头和尾，磷脂分子利用尾部摆动在细胞膜上运动，使细胞膜具有流动性
B.因为蛋白质分子无尾，不能运动，所以它与细胞膜的流动性无关
C.细胞膜的流动性是指蛋白质载体的翻转运动，与磷脂分子无关
D.细胞膜的流动性与蛋白质分子和磷脂分子都有关
【解析】选D。组成细胞膜的磷脂分子和大多数的蛋白质分子都能够运动，使得细胞膜具有一定的流动性。
5.用丙酮从口腔上皮细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺成单分子层，测得单分子层面积为S1，设细胞膜表面积为S2，则S1与S2关系最恰当的是 ( )
A.S1＝2S2 B.S1＞2S2
C.S1＜2S2 D.S2＜S1＜2S2
【解析】选B。磷脂双分子层构成生物膜的基本支架，因此细胞膜铺成单分子层后是细胞表面积的两倍。口腔上皮细胞除细胞膜外还有核膜和细胞器膜等膜结构，因此口腔上皮细胞中的生物膜铺成单分子层后大于细胞膜表面积S2的两倍。
6.一系列实验证明细胞膜具有流动性。荧光抗体免疫标记实验就是其中的一个典型例子。如图表示人、鼠细胞融合的过程，研究中分别将带有绿色荧光、能与人细胞膜上HLA抗原特异结合的抗体和带有红色荧光、能与小鼠细胞膜上H-2抗原特异结合的抗体加入细胞培养液，对人、鼠细胞进行标记。下列有关该实验的叙述正确的是(多选)( )
A.要使实验现象明显，可以适当提高细胞培养液的温度
B.选取不同生物细胞进行融合是因为不同生物细胞的表面抗原差异较大
C.实验表明不同种细胞可以杂交，而同种生物细胞不能进行融合
D.实验结果可以直接证明细胞膜上的蛋白质分子可以运动
【解析】选A、B、D。细胞膜的流动性与细胞代谢旺盛程度、环境温度等呈正相关；由于不同细胞的细胞膜结构基本相似，因而同种或不同种生物细胞都可以相互融合；人、鼠细胞融合实验中，由于采用了免疫荧光标记法，而同类生物细胞膜上的蛋白质相似程度很大，因而难以找到特异性蛋白，采用异种生物细胞可以达到这一目的。
二、非选择题(共2小题，共26分)
7.(12分)(2011·青岛高一检测)美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中做出重大贡献，他们的研究使我们知道了“闻香识女人”的奥秘。现在我们已知道，一种嗅觉受体细胞只拥有一种类型的气味受体。
如图为嗅觉受体细胞细胞膜模式图(局部)：
请据以上材料和模式图回答问题：
(1)D代表_____分子；C代表_____，其基本单位是_______。
(2)“闻香识女人”的奥秘在于气味物质分子首先要与图中［ ］_______结合，才有产生嗅觉的可能。
(3)图中A具有______，特定的A会识别特定的气味物质分子。
(4)脂溶性物质是借助图中______(填字母)进出细胞的。
(5)图中的_____和_____(填字母)分子能够运动，导致生物膜具有一定的_______。生物膜的功能特点是具有_________。
【解析】本题以美国科学家在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中做出重大贡献为背景，考查了生物膜流动镶嵌模型的相关知识。
(1)图中的A为膜上的蛋白质、B是磷脂双分子层、C是多糖，其是由葡萄糖经过脱水缩合而形成的，基本单位是葡萄糖。
(2)气味物质分子能够与图中的A相识别并结合，起到信息传递的作用，以产生嗅觉，这就是“闻香识女人”的奥秘所在。
(3)特定的气味物质分子只能与细胞膜上特定的受体(蛋白质)相结合，所以膜上的蛋白质具有特异性。
(4)根据相似相溶的原理，脂溶性物质较易进出细胞是借助于细胞膜上的磷脂分子。
(5)生物膜中的磷脂分子和大多数的蛋白质分子都能够运动，导致生物膜具有一定的流动性，生物膜的功能特点是具有选择透过性。
答案:(1)蛋白质 多糖 葡萄糖
(2)［A］糖蛋白 (3)特异性
(4)B (5)B D 流动性 选择透过性
【实验·探究】
8.(14分)物质通过细胞膜与膜的流动性有密切关系，为探究温度对膜的流动性的影响，有人做了下述实验：分别用红色和绿色荧光剂标记人和鼠细胞膜上的蛋白质，然后让两细胞在37 ℃下融合，发现40 min后，融合后的细胞膜上的红色和绿色荧光物质均匀相间分布。
(1)该实验缺少对照实验，应补充以下实验步骤：_______。
(2)可以从两个方面来观察实验结果：
①在相同时间后，观察红色和绿色荧光物质在细胞膜上的分布状况，来判断温度对膜流动性的影响；
②______________________________________________，
来判断温度对膜流动性的影响。
(3)经补充实验步骤后，实验结果预测及相应结论是：
①预测：40 ℃条件下荧光物质分布均匀所用时间小于40 min,
10 ℃条件下荧光物质分布均匀所用时间大于40 min；
结论：__________________________________________。
②预测：_________________________________________。
结论：升高温度细胞膜流动性减慢减弱。
③预测：_________________________________________。
结论：温度变化对细胞膜的流动性没有影响。
(4)以上预测中，最可能得出的结论是_________________
_________________________________________________。
【解析】(1)进行实验设计时，要遵循对照原则，设置对照实验，依据实验的目的——探究温度对膜流动性的影响，可确定实验应控制的自变量是温度的高低，故实验至少要设置三组，即等于37 ℃、低于37 ℃和高于37 ℃的三组进行相互对照。(2)判断温度对膜流动性的影响可以以相同的时间内，荧光分布状况为指标，也可以以两种荧光在细胞膜上分布均匀所用的时间为指标；(3)通过各组温度下荧光物质分布的时间即可判断温度对细胞膜流动性的影响。
答案：(1)分别将细胞放在温度低于37 ℃(如10 ℃)、高于37 ℃(如40 ℃)的条件下重复实验
(2)②两种荧光物质在细胞膜上分布均匀所用的时间
(3)①升高温度细胞膜流动性加快加强
②40 ℃条件下荧光物质分布均匀所用时间大于40 min，10 ℃条件下荧光物质分布均匀所用时间小于40 min
③40 ℃、37 ℃、10 ℃条件下荧光物质分布均匀所用时间都是40 min
(4)在一定范围内随温度升高，膜的流动性会加快
【规律方法】实验方案的评价方法
(1)看对照：看有无对照实验，如果有对照实验，看对照设计是否合理：实验变量设置是否有标记，是否遵循了单一变量原则，是否遵循了等量原则，是否排除了干扰因素。
(2)看步骤：看步骤的顺序是否合理，步骤是否完整，具体操作有无违反生物学基本原理。
(3)看验证：看实验结果的验证是否准确，实验结果的验证方法是否得当。
(4)看材料：看生物学材料选择是否得当，实验器材选择是否合理，药剂选择、使用、用量是否准确。
(5)看条件：看是否需要搅拌、加热等，实验所需的温度、光照条件是否适宜。